智能化仓储系统在国网湖南计量中心的应用研究

杨　帅　陈向群　胡军华　肖湘晨　李　扬　吕　游　牛玉广

(国网湖南省电力公司计量中心1，湖南 长沙　410007；华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室2，北京　102206)



智能化仓储系统在国网湖南计量中心的应用研究

杨帅1陈向群1胡军华1肖湘晨1李扬2吕游2牛玉广2

(国网湖南省电力公司计量中心1，湖南 长沙410007；华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室2，北京102206)

随着电力计量器具的大规模应用，建设智能化仓储系统已经成为电力行业计量资产管理与运营的发展趋势。对智能化仓储系统的设计方案、设备配置和技术特点进行了分析，详细介绍了仓储系统各区域的划分、工作流程和关键设备；并结合该系统在国网湖南省计量中心的应用情况，分析了系统的工作效率和优势。该系统为其他电力计量资产的仓储系统建设和管理提供了依据，具有一定的理论和实践意义。

物流智能仓储立体仓库RFID机器人信息化集成化自动控制

0　引言

省级计量中心是电网公司提出的“三集五大”体系中的重要组成部分，其核心是建设智能化仓储系统，实现计量设备存储、检定和配送的智能化和信息化，提升计量业务的管理水平[1-3]。随着电力计量器具的大规模应用，为满足电网公司对计量设备自动化检定、智能化仓储、物流化配送和全生命周期管理的需求，建设智能化仓储系统已成为电力行业计量资产管理与运营的发展趋势[4-7]。目前，全国多个电力公司都在开展智能化仓储系统的建设工作。本文分析了智能仓储系统的设计方案、设备配置和技术特点，并研究了该系统在国网湖南省计量中心的应用情况，为其他单位开展类似项目的建设提供借鉴。

1　系统设计方案

智能化仓储系统是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、射频识别系统、通信系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他(如电缆、配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等)辅助设备组成的复杂自动化系统。该系统采用先进的控制、总线、通信和信息技术，通过设备间的协调运作，完成了计量资产的存储、检定和出入库的全生命周期的信息化管理[8-9]。

电力公司计量中心存储和管理的计量器具主要包括单相电能表、三相电能表、低压电流互感器和用电信息采集终端。为实现设备的存储、仓库中周转、检定以及出入库的集约化管理，计量中心的智能化仓储系统设计有存储区和功能区。

1.1存储区规划

智能化仓储系统的存储区分为托盘库和周转箱库。托盘库用于存储未经拆包的新品表计；周转箱库用于存储拆包后的表计，表计的检定出/入库和配送出库也都是由周转箱库完成的。根据库容的要求和运行用户的需求，托盘库可以设计多排货架和巷道，并配置相应的堆垛机。货位单元尺寸和货位数量决定了仓库的库存容量。

1.2功能区规划

智能化仓储系统的功能区主要可分为以下几个部分：①出入库区，包括托盘库前作业区和周转箱库前作业区，在该区域进行计量资产的新品入库和配送出库操作；②拆包装箱区，包括拆垛区、计量器具拆包装箱区和人工拆包装箱操作区，在该区域将表计从纸箱中转移到周转箱中，即从托盘库转移到周转箱库中存储，以便表计的检定和配送出库；③检定接驳区，在该区域实现表计的接驳和检定。智能化仓储系统的立体仓库功能区域如图1所示。

图1　立体仓库功能区域图

1.2.1出入库区

出入库区位于仓储系统立体仓库的第一层，分布情况如图2所示。

图2　出入库区分布图

托盘库前作业区的主要功能是将新到的计量资产经信息识别绑定后存储到托盘库中。新到的计量器具采用纸箱包装，利用机器人将纸箱码放在托盘上；再通过穿梭车和堆垛机运送到分配的货位存储。输送系统可实现多种计量器具的入库功能，当货物尺寸不符合机器人码垛要求或机器人出现故障时，可进行人工码垛入托盘库。信息自动识别系统应用射频识别(radiofrequencyidentification，RFID)技术[10]对入库纸箱表计进行数据采集和识别。校验异常的纸箱由异常口剔除进行人工处理，对信息正确的新品仓储系统进行到货接收处理，输送到机器人码垛位置。

周转箱库前作业区的主要功能是实现计量资产的配送出库。计量器具采用周转箱或纸箱形式配送，可实现周转箱垛配送出库、空周转箱出入库的自动输送，并与巷道堆垛机进行自动接驳。

1.2.2拆包装箱区

拆包装箱区位于立体仓库的第二层，分布如图3所示。

图3　拆包装箱区分布图

拆垛区将托盘垛拆成单一的托盘，以便下一步对托盘中的纸箱进行拆箱操作。拆箱所产生的空纸箱运送到废纸箱回收区进行暂存，等待人工集中处理。

在表计拆箱并装入周转箱后，表计及周转箱条码信息自动识别系统会将计量器具和周转箱信息自动识别和绑定，在入周转箱库后更新储位信息。

1.2.3检定接驳区

检定接驳区设置不同表计的检定流水线，采用穿梭车实现仓储系统与自动检定流水线的对接，以及仓储系统与人工检定区校表台接驳工位的对接。仓储系统与自动化检定线、人工检定区采用周转箱垛的形式进行接驳。

1.3工作流程

智能仓储系统有4个主要的工作流程：新品入托盘库流程、转入周转箱库流程、检定出/入库流程和配送出库流程。智能仓储中的信息系统在各个流程中都保证了对表计信息的全面记录，实现计量器具的全生命周期管理。

1.3.1新品入托盘库流程

计量器具入托盘库的工作流程在功能区内完成，由上层的生产调度平台下达入库任务，仓储系统执行新品入库流程，如图4所示。

①仓储系统下达空托盘组出库任务，空托盘组经堆垛机、穿梭车运输和拆盘后分发到机器人码垛位，供新品入库码盘使用。

②新表计到货时采集表计信息并校验，校验异常的纸箱由异常口剔除并进行人工处理，信息正确的新品被输送到机器人码垛位置进行码盘。

③码盘结束后，将表计纸箱条码与托盘条码信息进行绑定，仓储系统将托盘输送到指定货位进行存储，任务完成后将信息上报给生产调度平台。

图4　新品入库流程图

1.3.2转入周转箱库流程

表计生产检定前，需要将纸箱包装改为周转箱承载，即计量器具从托盘库转到周转箱库存储，流程如图5所示。

图5　转入周转箱库流程图

转入周转箱库流程具体如下。

①仓储系统接收上层生产调度平台的转库指令，将需要进行转库的托盘输送到拆垛站台，拆垛产生的空托盘输送回存储区进行存储。

②单一表计纸箱输送至自动开箱机处，经拆盖后输送至装箱工位并转入到周转箱中，空纸箱经回收进入整理箱，由人工打包处理。

③当周转箱装满后进行表计信息及周转箱信息的采集绑定与校验，如校验异常则进入人工处理工位，校验正确则进行自动叠箱操作；当周转箱叠成满垛时，仓储系统自动生成入库任务，分配入库货位，由堆垛机送入到周转箱库指定货位。

1.3.3检定出/入库流程

检定系统分自动化检定流水线与人工检定台两大工作区域，流程如图6所示。

图6　检定出/入库流程图

检定出/入库流程具体如下。

①仓储系统接收生产调度系统下达的检定指令后，指定货位的周转箱组经搬运后由穿梭车输送至检定出库输送线，通过扫描周转箱条码进行信息校验。校验合格的表箱垛输送至自动化检定流水线位置，完成库区存储设备的检定出库流程；不合格的周转箱垛回库，等待人工检查整理；

②表计检定完成后，按规则进行组箱组垛工作，自动分配货位生成入库任务，并更新库存信息，将执行信息反馈给上层生产调度管理系统。

1.3.4配送出库流程

仓储系统接到上层生产调度平台下达的配送计划出库指令后，自动生成出库任务。堆垛机将指定货位的周转箱取出，对扫描读取的周转箱及表计信息进行数据校验，数据校验合格的周转箱，通过伸缩输送机直接装车，仓储系统将出库信息上传至生产调度管理系统。对于数据校验不合格的周转箱，将其输送到出库异常站台，等待人工处理。

2　系统主要设备

在智能化仓储系统中，硬件设施是承载所有工作流程、实现仓储功能的载体，因此，对系统主要设备的选择，很大程度上影响了仓储系统的运行效率和经济效益。系统的主要设备必须要在保证安全运行的基础上，满足仓储系统的正常运营，实现计量资产的集约化管理。智能仓储系统的关键设备主要包括货架、物料输送设备和数据采集设备。

2.1货架

智能化仓储系统的货架包括周转箱库货架和托盘库货架，周转箱库货架为轻型牛腿式货架。托盘库货架为组合横梁式货架。两类货架均采用独立的钢结构系统，按照防6～7裂度地震设计，保证足够的强度和稳定性。立柱材料采用冷轧钢卷,具有优质的生产加工精度和良好的防锈和防腐功能。

2.2物料输送设备

主要的物料输送设备有周转箱库堆垛机、托盘库堆垛机、自动开箱机、拆/码垛机器人、自动装箱机器人、穿梭车、输送机和拆/叠盘机。

2.3数据采集设备

数据采集系统包括RFID、条码群读设备，可实现对表计及周转箱或纸箱的数据采集功能，是仓储系统信息化管理的重要组成部分。

3　系统应用

3.1系统设计

采用上述方案，设计国网湖南省计量中心智能化仓储系统。通过对湖南省电力计量器具的统计，2012～2014年，单相电能表、三相电能表及互感器平均检定量分别为190万只、18万只、12万只。考虑到湖南电力公司运行计量资产数量及自然增长，智能化仓储系统的检测能力需要设计为年检定单相电能表380万只、三相电能表40万只、低压电流互感器35万只、检测采集终端10万只。

为此，仓储系统托盘库共设计4排货架、2条巷道，配置2台堆垛机，货位单元尺寸为(1 200×1 200×

1 350)mm，货位数量共4排×38列×7层=1 064货位，库存数量(以单相表统计)为1 064 货位×42 箱×12 只= 536 256 只。周转箱库设计8排货架、4条巷道，配置4台堆垛机，货位单元尺寸为(720×450×576)mm，货位数量共8排×75列×15层= 9 000 货位，库存数量(以单相表统计)为9 000货位×5箱×12只= 540 000 只。

3.2系统效率分析

通过对系统效率的分析，验证了设备能否满足仓储系统的需求，以此来衡量智能化仓储系统能否正常运营。系统的效率分析如表1所示，这里假定系统每天工作7h，且设备按85%运行效率计算，这样保证了系统在意外情况出现时仍然能够顺利运行，完成仓储任务。

通过表1可以看出，按配送需求及关键设备能力分析，关键设备工作所需时间少于每天7h；若按设备85%运行效率进行分析，自动装箱机器人的能力稍显不足，不过考虑自动装箱适用大批量表计，对于小批量或抽检表计宜采用人工装箱，这样可分流一部分表计采用人工转箱。因此，所有关键物流设备的能力均能充分满足出入库及检定生产的需求。

表1　系统关键设备效率分析

4　系统技术特点

智能化仓储系统实现了计量资产的全程自动化管理。从纸箱包装的新表计到货入库，到拆包入周转箱库和出入库检定和表计的配送出库，配置的堆垛机、拆码垛机器人、自动开箱机和穿梭车等机械设备实现了库房内所有作业流程的全自动化作业。在各个作业流程中，均有人工异常处理位，在表计的抽检中也设有人工检定区。仓储系统的控制方式有手动控制、自动控制和紧急停止及故障报警，在高自动化作业的同时，保证了系统运行的可靠性和灵活性。

计量中心的智能化仓储系统采用了RFID技术，实现了表计及周转箱或纸箱数据采集功能。在检定区及输送线上设置条码群读装置，实现了对每具计量器具的准确定位和记录，完成了计量资产的全生命周期的管理。

5　结束语

智能化仓储系统，实现了计量资产存储立体化、装置识别条码化、表计存取自动化和智能化，达到了计量资产信息化和集约化的现代化资产存储和管理水平，

提高了计量资产的运营效率，减轻了工作人员的劳动强度，具有较高的经济效益和社会效益。本文分析了智能化仓储系统的设计方案，并研究了系统在国网湖南省计量中心的应用情况，对系统优势、功能、作业流程和技术特点等方面作了详细的分析和研究，为目前电力计量资产的仓储管理提供了理论和实践的依据。

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ResearchontheApplicationofIntelligentWarehousingSysteminHunanMetrologyCenterofStateGrid

Alongwiththemetrologicalapparatusesofelectricpowerhavebeenapplyingextensively,constructingintelligentwarehousingsystemhasbecomeadevelopingtrendofmetrologicalassetsmanagementandoperationsinelectricpowerindustry.Thedesignscheme,theequipmentconfiguration,andtechnicalfeaturesoftheintelligentwarehousingsystemareanalyzed.Thedivisionofeacharea,theworkflowandkeyapparatusofthewarehousingsystemareintroducedindetail.CombiningtheapplicationsituationofintelligentwarehousingsysteminHunanMetrologyCenterofStateGrid,theefficiencyandadvantagesareanalyzed.Thisresearchprovidesabasisofconstructionandmanagementforothersimilarwarehousingsystems;itpossessescertaintheoreticalandpracticalsignificance.

LogisticsIntelligentstorageStereoscopicwarehouseRFIDRobotInformatizationIntegrationAutomaticcontrol

杨帅(1983—)，男，2011年毕业于长沙理工大学电力系统及其自动化专业，获硕士学位，高级工程师；主要从事电能计量、计量生产调度、用电信息采集等方向的研究。

TH73;TP23

ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201609008

修改稿收到日期：2016-01-06。